一種工業機器人軌跡規劃編程方法技術

本發明專利技術涉及一種新型的工業機器人軌跡規劃編程方法，包括以下步驟：通過工業機器人的結構圖紙，得到其D?H參數信息；采用關節空間的三次均勻B樣條曲線差值的方法，對工業機器人各關節進行軌跡規劃推導工作；設計工業機器人軌跡規劃的通用元件；根據推導的三次均勻B樣條曲線公式，采用通用元件和有向連線進行工業機器人軌跡規劃圖形化編程；采用圖形化編程方式，構建工業機器人的仿真模型，完成控制策略的仿真工作；將通過仿真驗證的正確的控制策略下載到實際的控制器中，控制實際工業機器人完成工作任務。本發明專利技術解決了現有工業機器人軌跡規劃編程中現有機器人專用語言靈活性低，文本編程語言編程方式復雜，門檻高，編程周期長的問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種新型的工業機器人軌跡規劃編程方法。
技術介紹
工業機器人是由機械技術、電子技術和計算機技術有機結合在一起形成的一種機電一體化產品，已成為柔性制造系統、自動化工廠、計算機集成制造系統的自動化工具。為保證工業機器人系統在實際工作中，運動能盡量保持平滑、平穩，避免速度、加速度的突變，使其具有高的工作精度和運動平穩度，防止機器人系統發生振動和沖擊，就需要對其進行軌跡規劃，因此，對機器人的軌跡規劃及其實現方法進行研究具有重大意義。目前，針對工業機器人軌跡規劃的編程，國內外主要采用以下兩種方法：（1）在線示教編程；（2）離線編程。其中在線示教編程編程方式簡單，但是軌跡規劃精度低，并且無法完成復雜軌跡的規劃工作。離線編程方式多采用機器人專用語言和c/c++語言進行編程，其中機器人專用語言編程方法簡單，僅需采用封裝好的機器人函數或者圖形化元件，就能完成機器人軌跡規劃工作，但是封裝元件的方式大大降低了軌跡規劃的靈活性，就目前而言，市場上工業機器人專用語言的封裝元件僅包含直線和圓弧插補兩種軌跡規劃方式，因此對于復雜軌跡，采用機器人專用語言也是無法完成的；而c/c++的編程方式需要用戶掌握專業的編程語言，編程過程復雜，編程周期長。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種新型的工業機器人軌跡規劃編程方法，用于解決現有工業機器人軌跡規劃編程中現有機器人專用語言靈活性低，文本編程語言編程方式復雜，門檻高，編程周期長的問題。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種新型的工業機器人軌跡規劃編程方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1：通過工業機器人的結構圖紙，得到其D-H參數信息；步驟S2：采用關節空間的三次均勻B樣條曲線差值的方法，對工業機器人各關節進行軌跡規劃推導工作；步驟S3：設計工業機器人軌跡規劃的通用元件；步驟S4：根據推導的三次均勻B樣條曲線公式，采用圖形化的通用元件和有向連線的方式進行工業機器人軌跡規劃圖形化編程；步驟S5：采用圖形化編程的方式，構建工業機器人的仿真模型，完成控制策略的仿真工作，以驗證控制策略的正確性；步驟S6：將通過仿真驗證的正確的控制策略下載到實際的控制器中，控制實際工業機器人完成工作任務。進一步的，所述步驟S1中，D-H參數信息是根據D-H模型，得到機器人連桿和關節的參數信息，包括連桿偏置d,連桿長度a，連桿扭角α，關節變量θ。進一步的，所述步驟S2中，設定多個用戶所期望的機器人末端位姿為關鍵點，經過機器人逆解算法，求出各個關節的位置-時間序列｛pi,ti｝，i=0,1,…,n，其中pi表示關節的第i個關鍵點角度值，ti表示關節運動到pi所設定的時間值。進一步的，所述步驟S3中，所述通用元件由固有屬性、動態參數和算法函數三個部分構成；其中固有屬性是每個通用元件所特有的，包括元件算法調用、元件類型、元件輸入、元件輸出；從外部結構特征上看，通用元件由多輸入，單輸出和與其相關的動態參數組成；每個通用元件的固有屬性和動態參數都是以一種標準的數據結構映射在某一數據內存區；相對應地，每個通用元件的算法函數則存放在另一代碼內存區，并通過通用元件內部指針進行算法的調用，并將運算結果返回數據內存區。進一步的，所述步驟S4中，所述有向連線用于表示整個控制策略中各個通用元件之間的輸入輸出關系，控制策略的編程是利用有向連線對多個通用元件進行首尾連接來實現的；在編程的過程中，同類元件都會自動生成唯一的下標號，下標號的生成實質上是該元件內存空間分配的過程，即元件的屬性參數映射在與其對應的內存空間中，當執行到某個元件時，可通過調用內存中對應的算法函數進行計算，返回計算結果并對該元件的動態參數進行更新。進一步的，所述步驟S5的具體步驟為：步驟S51：采用設計好的工業機器人正解元件，設定元件參數為之前得到的D-H參數，將控制策略中六個關節的角度輸出值連接到正解元件輸入；所述正解元件是一種可根據機器人各個關節的角度值求解出機器人末端空間位姿的通用元件；步驟S52：在仿真環境中，計算得到實時工業機器人末端位姿曲線，根據末端位姿與用戶設定位置進行對比，判斷控制策略的正確性；若末端位姿與用戶設定位置的誤差小于閾值，則可認定控制策略正確，反之錯誤，所述閾值為1mm。專利技術與現有技術相比具有以下有益效果：本專利技術提供了一種針對工業機器人軌跡規劃編程的新型圖形化組態方法，該方法相較于傳統的示教器和機器人語言編程有如下優勢：組態方法簡單易學，組態過程簡潔直觀，編程效率高，并且使機器人運行過程的中間數據可視化，采用該種組態方法，還可以完成機器人仿真系統的搭建，并將其控制策略直接應用到實際控制站中，避免了重復編程，大大縮短了工業機器人軌跡規劃算法的開發周期。附圖說明圖1是本專利技術的方法流程圖。圖2是本專利技術一實施例的通用元件示例原理圖。圖3是本專利技術一實施例的圖形化編程方法示意圖。圖4是本專利技術一實施例的仿真試驗結果之末端位姿示意圖。圖5是本專利技術一實施例的仿真試驗結果之關節角度示意圖。圖6是本專利技術一實施例的仿真試驗結果之角速度示意圖。圖7是本專利技術一實施例的仿真試驗結果之關節位置跟蹤誤差示意圖。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本專利技術做進一步說明。請參照圖1，本專利技術提供一種新型的工業機器人軌跡規劃編程方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1：通過工業機器人的結構圖紙，得到其D-H參數信息；D-H參數信息是根據D-H模型，得到機器人連桿和關節的參數信息，包括連桿偏置d,連桿長度a，連桿扭角α，關節變量θ。步驟S2：采用關節空間的三次均勻B樣條曲線差值的方法，對工業機器人各關節進行軌跡規劃推導工作；其中設定多個用戶所期望的機器人末端位姿為關鍵點，經過機器人逆解算法，求出各個關節的位置-時間序列｛pi,ti｝，i=0,1,…,n，其中pi表示關節的第i個關鍵點角度值，ti表示關節運動到pi所設定的時間值。步驟S3：設計工業機器人軌跡規劃的通用元件；為提高元件的復用性，設計一組細粒度的圖形化的通用元件，所述通用元件由固有屬性、動態參數和算法函數三個部分構成；其中固有屬性是每個通用元件所特有的，包括元件算法調用、元件類型、元件輸入、元件輸出；從外部結構特征上看，通用元件由多輸入，單輸出和與其相關的動態參數組成；每個通用元件的固有屬性和動態參數都是以一種標準的數據結構映射在某一數據內存區；相對應地，每個通用元件的算法函數則存放在另一代碼內存區，并通過通用元件內部指針進行算法的調用，并將運算結果返回數據內存區。因為所設計工業機器人的圖形化元件是通過一種標準的、相同的數據形式表示，與機器人的硬件設備無關，因此可以控制不同類型的工業機器人，有很強的通用性，而且由這些元件構成的統一控制策略也能在不同機器人之間進行移植。請結合圖2和圖3，以六自由度工業機器人運動學正解元件為例，元件結構原理如圖2所示，元件的動態參數包括6個關節角度輸入、1個輸出和機器人結構等19個設定參數，其中用戶可以通過設定參數中的輸出模式i（i=1,2,…,6），使元件分別輸出機器人末端的空間位置（X,Y,Z）和姿態(Rx,Ry,Rz)值。元件所有屬性和參數均以數據的形式映射在數據內存空間，通過在代碼內存區對算法進行選擇和調用，將運算結果返回至動態參數。步驟S4：根據推導本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型的工業機器人軌跡規劃編程方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1：通過工業機器人的結構圖紙，得到其D?H參數信息；步驟S2：采用關節空間的三次均勻B樣條曲線差值的方法，對工業機器人各關節進行軌跡規劃推導工作；步驟S3：設計工業機器人軌跡規劃的通用元件；步驟S4：根據推導的三次均勻B樣條曲線公式，采用圖形化的通用元件和有向連線的方式進行工業機器人軌跡規劃圖形化編程；步驟S5：采用圖形化編程的方式，構建工業機器人的仿真模型，完成控制策略的仿真工作，以驗證控制策略的正確性；步驟S6：將通過仿真驗證的正確的控制策略下載到實際的控制器中，控制實際工業機器人完成工作任務。

【技術特征摘要】
1.一種新型的工業機器人軌跡規劃編程方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1：通過工業機器人的結構圖紙，得到其D-H參數信息；步驟S2：采用關節空間的三次均勻B樣條曲線差值的方法，對工業機器人各關節進行軌跡規劃推導工作；步驟S3：設計工業機器人軌跡規劃的通用元件；步驟S4：根據推導的三次均勻B樣條曲線公式，采用圖形化的通用元件和有向連線的方式進行工業機器人軌跡規劃圖形化編程；步驟S5：采用圖形化編程的方式，構建工業機器人的仿真模型，完成控制策略的仿真工作，以驗證控制策略的正確性；步驟S6：將通過仿真驗證的正確的控制策略下載到實際的控制器中，控制實際工業機器人完成工作任務。2.根據權利要求1所述的新型的工業機器人軌跡規劃編程方法，其特征在于：所述步驟S1中，D-H參數信息是根據D-H模型，得到機器人連桿和關節的參數信息，包括連桿偏置d,連桿長度a，連桿扭角α，關節變量θ。3.根據權利要求1所述的新型的工業機器人軌跡規劃編程方法，其特征在于：所述步驟S2中，設定多個用戶所期望的機器人末端位姿為關鍵點，經過機器人逆解算法，求出各個關節的位置-時間序列｛pi,ti｝，i=0,1,…,n，其中pi表示關節的第i個關鍵點角度值，ti表示關節運動到pi所設定的時間值。4.根據權利要求1所述的新型的工業機器人軌跡規劃編程方法，其特征在于：所述步驟S3中，所述通用元件由固有屬性、動態參數和算法函數三個部分構成；其中固有屬性是每個通用元件所特有的，包括元件算法調用、元件類...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭松，盧喆，曾其鋆，李真真，何偉東，張望，李貝貝，陳智呈，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：福建;35